RU2536949C1 - Method for intensification of apparatus for producing non-concentrated nitric acid - Google Patents
Method for intensification of apparatus for producing non-concentrated nitric acid Download PDFInfo
- Publication number
- RU2536949C1 RU2536949C1 RU2013131343/05A RU2013131343A RU2536949C1 RU 2536949 C1 RU2536949 C1 RU 2536949C1 RU 2013131343/05 A RU2013131343/05 A RU 2013131343/05A RU 2013131343 A RU2013131343 A RU 2013131343A RU 2536949 C1 RU2536949 C1 RU 2536949C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pressure
- air
- turbine
- gas
- nitric acid
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к химической технологии и касается способа производства неконцентрированной (слабой) азотной кислоты (НАК) и может быть использовано для интенсификации действующих установок, в которых азотную кислоту с концентрацией 55-65% HNO3 получают методом окисления аммиака кислородом воздуха под давлением и абсорбции оксидов азота под тем же или более высоким давлением.The invention relates to chemical technology and relates to a method for the production of non-concentrated (weak) nitric acid (NAC) and can be used to intensify existing plants in which nitric acid with a concentration of 55-65% HNO 3 is obtained by oxidizing ammonia with atmospheric oxygen under pressure and absorbing oxides nitrogen under the same or higher pressure.
Азотная кислота является одним из важнейших многотоннажных продуктов химической промышленности. Она занимает второе место по объему производства после серной кислоты. Азотная кислота широко применяется для производства многих продуктов, используемых в промышленности и сельском хозяйстве. Так, около 40% ее расходуется на получение сложных и азотных минеральных удобрений; азотная кислота используется для производства синтетических красителей, взрывчатых веществ, нитролаков, пластических масс, лекарственных синтетических веществ и других важнейших продуктов.Nitric acid is one of the most important large-tonnage products of the chemical industry. It ranks second in terms of production after sulfuric acid. Nitric acid is widely used to produce many products used in industry and agriculture. So, about 40% of it is spent on complex and nitrogen mineral fertilizers; Nitric acid is used to produce synthetic dyes, explosives, nitro-lacquers, plastics, medicinal synthetics and other essential products.
Широко известен и применяется в промышленности способ получения НАК, основанный на поглощении водой оксидов азота (NOx), полученных конверсией аммиака воздухом. Он включает стадии: окисление аммиака кислородом воздуха на катализаторе при температуре 800-900°C, рекуперацию тепла нитрозных газов (НГ), чаще всего в котлах-утилизаторах с получением пара, выделение реакционной воды, абсорбцию NOx с получением азотной кислоты и очистку выхлопных газов (ВГ) от оксидов азота (Патент РФ №2026812, публ. 20.01.1995).A method for producing NAC based on the absorption of nitrogen oxides (NOx) obtained by the conversion of ammonia by air is widely known and used in industry. It includes the stages: oxidation of ammonia with atmospheric oxygen at a temperature of 800-900 ° C, heat recovery of nitrous gases (NG), most often in waste heat boilers to produce steam, evolution of reaction water, absorption of NOx to produce nitric acid and purification of exhaust gases (VG) from nitrogen oxides (RF Patent No. 2026812, publ. 01.20.1995).
Недостатками традиционного способа получения азотной кислоты являются: высокие сырьевые, капитальные и эксплуатационные затраты; значительные выбросы вредных веществ в атмосферу (производство аммиака + азотной кислоты).The disadvantages of the traditional method of producing nitric acid are: high raw materials, capital and operating costs; significant emissions of harmful substances into the atmosphere (production of ammonia + nitric acid).
В России и странах СНГ производство азотной кислоты практически полностью осуществляется на установках по энерготехнологической схеме, в которых машинный агрегат представляет собой газотурбинную установку. В агрегатах средней мощности под единым давлением (агрегаты типа УКЛ-7) газотурбинный агрегат типа ГТТ-3 включает воздушный компрессор и газовую турбину с расчетной температурой хвостовых газов 700°C. В крупнотоннажных агрегатах с двумя давлениями типа АК-72 газотурбинный агрегат типа ГТТ-12 включает воздушный компрессор, нитрозный нагнетатель и газовую турбину с расчетной температурой хвостовых газов 760°C. Нагрев хвостовых газов осуществляется сжиганием природного газа. Электродвигатель в ГТТ-3 (10% от общей мощности привода), паровая турбина (8%) в ГТТ-12 по проекту предназначены для запуска машинных агрегатов, но фактически постоянно эксплуатируются в качестве дополнительного привода, стр.94-306).In Russia and the CIS countries, the production of nitric acid is almost completely carried out at the plants according to the energy technological scheme, in which the machine unit is a gas turbine unit. In medium-power units under uniform pressure (UKL-7 units), the GTT-3 gas turbine unit includes an air compressor and a gas turbine with a calculated tail gas temperature of 700 ° C. In large-capacity units with two pressures of the AK-72 type, the GTT-12 gas turbine unit includes an air compressor, a nitrous supercharger and a gas turbine with a calculated tail gas temperature of 760 ° C. Tail gas is heated by burning natural gas. The electric motor in GTT-3 (10% of the total drive power), the steam turbine (8%) in GTT-12 are designed to start machine units, but are actually constantly operated as an additional drive, pp. 94-306).
Широко известные установки западных фирм сооружены на основе схем без использования энергии сжигания природного газа. Они включают воздушный компрессор, нитрозный нагнетатель, а привод машинных агрегатов включает газовую турбину для рекуперации энергии хвостовых газов, нагретых до 300-500°C теплом нитрозных газов после окисления аммиака, и замыкающий двигатель - паровую турбину или мощный электродвигатель.Well-known installations of Western firms are built on the basis of schemes without using the energy of burning natural gas. They include an air compressor, a nitrous supercharger, and the drive of the machine units includes a gas turbine for recovering the energy of tail gases heated to 300-500 ° C by the heat of nitrous gases after the oxidation of ammonia, and the closing engine is a steam turbine or a powerful electric motor.
Известен способ получения неконцентрированной азотной кислоты, включающий получение оксидов азота и их абсорбцию, нагрев отходящего после абсорбции газа, смешение его с аммиаком, селективную гетерогенно-каталитическую очистку газа от остаточных оксидов азота и рекуперацию энергии отходящего газа ("Производство азотной кислоты в агрегатах большой единичной мощности". Под редакцией Олевского В.М. М.: Химия, 1985, 1, с.290-303, способ в агрегате типа АК-72М). Оксиды азота получают каталитическим окислением аммиака кислородом воздуха при давлении 0,37-0,41 МПа, температуру подогрева отходящего после абсорбции газа выбирают в интервале 290-310°C. Селективную гетерогенно-каталитическую очистку осуществляют при давлении около 1,0 МПа путем восстановления оксидов азота аммиаком при избытке аммиака над его стехиометрическим количеством по отношению к остаточным оксидам азота примерно на 10%. Температура нагрева очищенной газовой смеси составляет 650-780°C. Рекуперацию энергии очищенной газовой смеси осуществляют в высокотемпературной газовой турбине газотурбинной установки, являющейся приводом для компрессора сжатия воздуха и нитрозного газа. Нагрев отходящего газа перед его очисткой до 290-310°C и нагрев очищенной газовой смеси до 650-780°C осуществляют в подогревателе выхлопного газа путем контакта через стенку с продуктами сгорания метана (природного газа). Конкретные значения технологических параметров, а именно давление и температура на стадиях окисления аммиака, абсорбции полученных оксидов азота, очистки отходящего газа; температура подогрева отходящего газа перед его очисткой от оксидов азота и др. не являются определяющими признаками способа-аналога и выбираются для каждого способа получения азотной кислоты в зависимости от его технологического оформления с целью обеспечения оптимальных материально-энергетических показателей процесса.A known method of producing non-concentrated nitric acid, including the production of nitrogen oxides and their absorption, heating the exhaust gas after absorption, mixing it with ammonia, selective heterogeneous catalytic gas purification from residual nitrogen oxides and recovery of the exhaust gas energy ("Production of nitric acid in large single units power ". Edited by Olevsky VM M .: Chemistry, 1985, 1, pp. 290-303, the method in the unit type AK-72M). Nitrogen oxides are obtained by catalytic oxidation of ammonia with atmospheric oxygen at a pressure of 0.37-0.41 MPa, the heating temperature of the exhaust gas after absorption is selected in the range of 290-310 ° C. Selective heterogeneous catalytic purification is carried out at a pressure of about 1.0 MPa by reducing nitrogen oxides with ammonia with an excess of ammonia over its stoichiometric amount with respect to residual nitrogen oxides by about 10%. The heating temperature of the purified gas mixture is 650-780 ° C. The energy recovery of the purified gas mixture is carried out in a high-temperature gas turbine of a gas turbine installation, which is the drive for the compressor for compressing air and nitrous gas. The heating of the exhaust gas before cleaning it to 290-310 ° C and the heating of the purified gas mixture to 650-780 ° C is carried out in the exhaust gas heater by contact through the wall with the combustion products of methane (natural gas). Specific values of technological parameters, namely pressure and temperature at the stages of ammonia oxidation, absorption of the obtained nitrogen oxides, purification of the exhaust gas; the temperature of the heating of the exhaust gas before it is cleaned of nitrogen oxides, etc. are not defining features of the analogue method and are selected for each method of producing nitric acid depending on its technological design in order to ensure optimal material and energy indicators of the process.
Основным недостатком данного способа является малая производительность процесса из-за высокого времени простоя из-за отказов. Дополнительный недостаток данного способа заключается в невозможности очистки в данном способе других потоков газа из агрегата, содержащих оксиды азота (из хранилищ азотной кислоты, вентиляционных выбросов и т.п.). Эти недостатки данного способа обусловлены тем, что очистка отходящего после абсорбции газа осуществляется в нем перед рекуперацией энергии отходящего газа и при повышенном давлении (в частности, в агрегате АК-72М при давлении около 1,0 МПа).The main disadvantage of this method is the low productivity of the process due to the high downtime due to failures. An additional disadvantage of this method is the impossibility of cleaning other gas streams from the unit containing nitrogen oxides (from nitric acid storage, ventilation emissions, etc.) in this method. These disadvantages of this method are due to the fact that the exhaust gas after absorption is purified before it is recovered from the exhaust gas energy and at elevated pressure (in particular, in the AK-72M unit at a pressure of about 1.0 MPa).
Производительность установок по производству азотной кислоты может снижаться в процессе эксплуатации как вследствие износа машинных агрегатов, так и по технологическим причинам (например, из-за снижения степени конверсии аммиака и т.д.). Но основной причиной снижения производительности установок всегда является уменьшение подачи воздуха воздушным компрессором из-за износа, загрязнения проточной части, снижения числа оборотов. Это относится к машинным агрегатам любого типа, но в разной степени. Машинные агрегаты, в которых обеспечивается постоянство оборотов компрессоров (воздушного и нитрозного) за счет электродвигателя большой мощности, более стабильны. Менее стабильны машины с паровой турбиной в качестве замыкающего двигателя вследствие снижения оборотов при износе. При этом особенно чувствительны к потере КПД газовых турбин газотурбинные машины типа ГТТ-12 в агрегате АК-72 с маломощной паровой турбиной из-за падения оборотов воздушного и нитрозного компрессора, что кроме снижения подачи воздуха, т.е. производительности установки, приводит и к существенному снижению давления в системе абсорбции оксидов азота и, как следствие, к снижению эффективности процесса абсорбцииThe productivity of nitric acid production plants can decrease during operation, both due to deterioration of machine components and technological reasons (for example, due to a decrease in the degree of conversion of ammonia, etc.). But the main reason for reducing the productivity of plants is always a decrease in air supply by an air compressor due to wear, pollution of the flow part, and a decrease in the number of revolutions. This applies to machine units of any type, but to varying degrees. Machine units, in which the speed of compressors (air and nitrous) is maintained at the expense of a high-power electric motor, are more stable. Less stable are machines with a steam turbine as the closing engine due to a reduction in RPM during wear. In this case, gas turbine engines of the GTT-12 type in the AK-72 unit with a low-power steam turbine are particularly sensitive to the loss of efficiency of gas turbines due to a drop in the speed of the air and nitrous compressor, which, in addition to reducing the air supply, i.e. plant performance, and leads to a significant decrease in pressure in the absorption system of nitrogen oxides and, as a result, to a decrease in the efficiency of the absorption process
Известен способ модернизации установки по производству азотной кислоты, включающий окисление аммиака воздухом под разрежением, сжатие охлажденных нитрозных газов в нитрозном нагнетателе, абсорбцию окислов азота в абсорбционной колонне под давлением 3,5-4,0 кг/см2, расширение отработанных хвостовых газов в турбодетандере, заключается в том, что повышают давление нитрозных газов на всасе нагнетателя в диапазоне от разрежения до давления 1,02-1,05 кг/см2 установкой новой или дополнительной газодувки на линиях аммиачно-воздушной смеси или нитрозных газов, или снижением гидравлического сопротивления аппаратов и устройств на трубопроводах до всаса нитрозного нагнетателя. При увеличении давления на всасе нагнетателя нитрозных газов путем снижения гидравлического сопротивления аппаратов и трубопроводов до всаса нитрозного нагнетателя повышение производительности установки будет существенно ниже (~ до 8%). Технологический процесс включает очистку всасываемого из атмосферы воздуха. Воздух, забираемый из атмосферы, фильтруется в фильтре 1. Аммиачно-воздушная смесь, сжатая в существующей газодувке (поз.2) под давлением 1,06-1,08 кг/см2, подается на всас вновь устанавливаемой газодувки (поз.3) с производительностью до 30000 м3/час и напором до 0,12 кг/см2 в условиях всаса (температура - 20-35°С, давление 1,06-1,08 кг/см2). Во вновь устанавливаемой газодувке давление ABC повышается до 1,18-1,2 кг/см2. Подогрев ABC и охлаждение нитрозных газов производится в существующем технологическом оборудовании. Подогретая ABC подается в контактный аппарат (поз.4), который переводится на режим работы под давлением до 1,125 кг/см2. Для этого контактный аппарат реконструируется с целью повышения его герметичности. Нитрозный газ охлаждается в существующих аппаратах и поступает на всас нитрозного нагнетателя (поз.5) под давлением 1,02-1,05 кг/см2. Сжатые до 4,7-4,8 кг/см2 нитрозные газы направляются далее на переработку в отделение абсорбции, в котором при необходимости производятся работы по обеспечению эксплуатации аппаратов под этим давлением. В связи с переходом на режим работы с разрежения на избыточное давление на всасе нитрозного нагнетателя для подачи добавочного воздуха и продувочных газов из колонны продувки (поз.6) азотной кислоты от растворенных оксидов азота устанавливается вентилятор (поз.7), который подает воздух под напором, большим чем избыточное давление на всасе ННГ на величину сопротивления продувочной колонны и системы трубопроводов (Патент РФ №2253614).A known method of modernizing a plant for the production of nitric acid, including the oxidation of ammonia by air under vacuum, the compression of chilled nitrous gases in a nitrous supercharger, the absorption of nitrogen oxides in an absorption column under a pressure of 3.5-4.0 kg / cm 2 , the expansion of the exhaust tail gases in a turboexpander , lies in the fact that they increase the pressure of nitrous gases at the inlet of the supercharger in the range from rarefaction to a pressure of 1.02-1.05 kg / cm 2 by installing a new or additional gas blower on the lines of ammonia-air mixture or nitr gas, or a decrease in the hydraulic resistance of apparatuses and devices on pipelines up to the absorption of a nitrous supercharger. If the pressure at the inlet of the nitrous supercharger is increased by reducing the hydraulic resistance of the apparatus and pipelines until the nitrous supercharger is sucked in, the increase in the productivity of the installation will be significantly lower (~ 8%). The technological process involves cleaning the air drawn in from the atmosphere. Air taken from the atmosphere is filtered in filter 1. An ammonia-air mixture compressed in an existing gas blower (item 2) under a pressure of 1.06-1.08 kg / cm 2 is fed to the inlet of a newly installed gas blower (item 3) with a capacity of up to 30,000 m 3 / h and a pressure of up to 0.12 kg / cm 2 under suction conditions (temperature - 20-35 ° C, pressure 1.06-1.08 kg / cm 2 ). In a newly installed gas blower, the ABC pressure rises to 1.18-1.2 kg / cm 2 . ABC heating and cooling of nitrous gases is carried out in existing technological equipment. Heated ABC is fed into the contact apparatus (item 4), which is transferred to the operating mode under pressure up to 1,125 kg / cm 2 . For this, the contact apparatus is being reconstructed in order to increase its tightness. Nitrous gas is cooled in existing devices and enters the inlet of the nitrous supercharger (item 5) under a pressure of 1.02-1.05 kg / cm 2 . Compressed to 4.7-4.8 kg / cm 2 nitrous gases are then sent for processing to the absorption department, where, if necessary, work is carried out to ensure the operation of the apparatus under this pressure. In connection with the transition to the operating mode from rarefaction to excess pressure at the inlet of the nitrous supercharger to supply additional air and purge gases from the purge column (pos. 6) of nitric acid from dissolved nitrogen oxides, a fan (pos. 7) is installed, which delivers air under pressure greater than the overpressure at the inlet of the NIS by the value of the resistance of the purge column and piping system (RF Patent No. 2253614).
Способ обеспечивает повышение производительности установки на существующем оборудовании с небольшими капиталовложениями вследствие снижения удельных расходов сырья и энергии и существенного снижения условно-постоянных расходов.The method provides increased productivity of the installation on existing equipment with low capital investment due to lower specific costs of raw materials and energy and a significant reduction in fixed costs.
К недостаткам известного решения является необходимость применения дополнительного оборудования, а также то, что увеличение расхода воздуха приводит к изменению технологического режима: давления и температуры, в результате чего возрастают потери и нарушается режим работы газовой турбиныThe disadvantages of the known solutions are the need to use additional equipment, as well as the fact that an increase in air flow leads to a change in the technological regime: pressure and temperature, as a result of which losses increase and the operation mode of the gas turbine
Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является способ интенсификации установок по производству азотной кислоты, включающий сжатие воздуха в воздушном компрессоре, стадии окисления аммиака кислородом воздуха и абсорбции оксидов азота под давлением, рекуперацию энергии нагретых хвостовых газов в газовой турбине, отличающийся тем, что на всасе воздушного компрессора создают избыточное давление предварительным сжатием атмосферного воздуха в высоконапорном вентиляторе, причем в теплое время года тепло сжатия отводят непосредственным контактом воздуха с водой (Патент РФ №2286943, опубл. 10.06.2006).The closest technical solution to the claimed invention is a method of intensification of plants for the production of nitric acid, including the compression of air in an air compressor, the stage of ammonia oxidation by atmospheric oxygen and absorption of nitrogen oxides under pressure, the recovery of heated tail gas energy in a gas turbine, characterized in that it is suction the air compressor creates excess pressure by pre-compressing the atmospheric air in a high-pressure fan, and in the warm season the heat of compression divert direct contact of air with water (RF Patent No. 2286943, publ. 06/10/2006).
Сущность изобретения заключается в создании избыточного давления на всасе воздушного компрессора путем предварительного сжатия атмосферного воздуха в высоконапорном вентиляторе, причем тепло сжатия в теплое время года отводят непосредственным контактом с водой на всасе вентилятора, а в холодное используют для нагрева, полностью или частично исключая нагрев воздуха в подогревателе, устанавливаемом для предотвращения обледенения направляющего аппарата воздушного компрессора. На предприятиях с высокой запыленностью воздуха пылью или химическими загрязнениями для контактного охлаждения воздуха водой можно применять скрубберы-промыватели, которые сочетают функции охладителя воздуха и очистного устройства. Во всем остальном технологическая схема получения неконцентрированной азотной кислоты аналогична производству ее в агрегате АК-72М.The essence of the invention is to create excess pressure at the inlet of the air compressor by pre-compressing atmospheric air in a high-pressure fan, and the heat of compression in the warm season is removed by direct contact with water at the fan inlet, and in the cold it is used for heating, completely or partially eliminating air heating in a heater installed to prevent icing of the guide device of the air compressor. In enterprises with high dustiness of air by dust or chemical contaminants, scrubbers-washers can be used for contact air cooling with water, which combine the functions of an air cooler and a cleaning device. In all other respects, the technological scheme for producing non-concentrated nitric acid is similar to its production in the AK-72M unit.
Способ эффективен для действующих установок, в которых вследствие износа проточной части воздушных компрессоров и газовых турбин снижается не только производительность, но и давление в системе и, как следствие, концентрация азотной кислоты. Способ позволяет осуществлять интенсификацию установок на существующем оборудовании вследствие повышения давления в системе. Концентрация азотной кислоты не снижается, степень очистки хвостовых газов сохраняется.The method is effective for existing installations in which, due to wear of the flow part of air compressors and gas turbines, not only productivity decreases, but also the pressure in the system and, as a result, the concentration of nitric acid. The method allows for the intensification of installations on existing equipment due to increased pressure in the system. The concentration of nitric acid does not decrease, the degree of purification of tail gases is maintained.
Основным недостатком указанного устройства является то, что увеличение скорости воздушных и газовых потоков в технологическом процессе пропорционально расходу, а гидравлическое сопротивление увеличивается в квадрате скорости, в результате чего потери растут, а давление перед газовой турбиной падает. Это приводит к дисбалансу режима работы газовой турбины.The main disadvantage of this device is that the increase in the speed of air and gas flows in the process is proportional to the flow rate, and the hydraulic resistance increases in the square of the speed, as a result of which the losses increase and the pressure in front of the gas turbine drops. This leads to an imbalance in the operation mode of the gas turbine.
Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в достижении существенного увеличения производительности установок для получения неконцентрированной азотной кислоты - не менее 10-20% (в зависимости от типа агрегатов) без дорогостоящей модернизации или замены машинных агрегатов на существующем технологическом оборудовании за счет усовершенствования процесса сжатия воздуха в осевом компрессоре и изменения параметров процесса расширения газового потока в газовой турбине.The technical problem to which the present invention is directed is to achieve a significant increase in the productivity of plants for the production of non-concentrated nitric acid - at least 10-20% (depending on the type of units) without costly modernization or replacement of machine units on existing technological equipment due to improvement the process of compressing air in an axial compressor and changing the parameters of the process of expansion of the gas stream in a gas turbine.
Технический результат достигается за счет того, что в известный способ интенсификации установок по производству неконцентрированной азотной кислоты, включающий сжатие воздуха в воздушном осевом компрессоре, стадии окисления аммиака кислородом воздуха и абсорбции оксидов азота под разным давлением, рекуперацию энергии нагретых хвостовых газов в газовой турбине, состоящей из турбины низкого и высокого давления, внесены изменения, а именно:The technical result is achieved due to the fact that in the known method of intensification of plants for the production of non-concentrated nitric acid, which includes compressing air in an air axial compressor, the stage of oxidation of ammonia with atmospheric oxygen and absorption of nitrogen oxides under different pressures, the recovery of the energy of heated tail gases in a gas turbine, consisting from the turbine low and high pressure, changes have been made, namely:
- увеличивают расход воздуха через осевой компрессор и давление сжатия воздуха после него путем установки на валу осевого компрессора дополнительной ступени сжатия и изменения геометрии профиля части рабочих лопаток на других ступенях осевого компрессора;- increase the air flow through the axial compressor and the air pressure after it by installing an additional compression stage on the shaft of the axial compressor and changing the profile geometry of the part of the blades at other stages of the axial compressor;
- перераспределение теплоперепадов между турбинами низкого и высокого давления осуществляют путем уменьшения давления за турбиной высокого давления путем увеличения угла выхода газового потока на выходе первой направляющей лопатки турбины в сторону раскрытия низкого давления.- the redistribution of heat differences between the low and high pressure turbines is carried out by reducing the pressure behind the high pressure turbine by increasing the angle of the gas stream at the outlet of the first guide vanes of the turbine in the direction of disclosure of low pressure.
Изменение профиля рабочих лопаток осевого компрессора осуществляют путем разворота пера лопаток в пределах 1,5-4 градусов относительно хвостовика лопатки, в сторону раскрытия входа воздушного потока, а увеличение угла выхода газового потока из турбины низкого давления осуществляют в пределах 0,5-2,0 градуса относительно первоначального угла выхода газового потока.Changing the profile of the working blades of an axial compressor is carried out by turning the blade pen within 1.5-4 degrees relative to the shank of the blade, towards the opening of the air flow inlet, and increasing the angle of exit of the gas stream from the low pressure turbine is carried out in the range of 0.5-2.0 degrees relative to the initial exit angle of the gas stream.
Увеличение расхода воздуха через осевой компрессор действующих газовых турбоагрегатах достигается путем увеличения пропускной способности входного направляющего аппарата за счет изменения геометрии профиля части рабочих лопаток разворотом пера рабочей лопатки в сторону увеличения угла входа воздушного потока, а на новых турбоагрегатах путем изменения профиля лопатки таким образом, чтобы обеспечить возможность заданного расхода воздуха в осевом компрессоре.The increase in air flow through the axial compressor of existing gas turbines is achieved by increasing the capacity of the inlet guide vanes by changing the profile of the part of the blades by turning the blade of the blades to increase the angle of entry of the air flow, and on new turbines by changing the profile of the blades in such a way as to ensure the possibility of a given air flow in the axial compressor.
Рабочие лопатки состоят из двух частей: хвостовика для крепления лопатки и пера, имеющего весьма сложный профиль (например, спиралевидный с частично вогнутой или выпуклой поверхностями), предназначенными обеспечить направление циклового воздуха и его расход. Изменение разворота пера в сторону раскрываемости угла прохождения воздушного потока практически изменяет геометрию профиля рабочей лопатки.The working blades consist of two parts: a shank for attaching the blades and a feather having a very complex profile (for example, spiral-shaped with partially concave or convex surfaces) designed to ensure the direction of cyclic air and its flow rate. Changing the pen's turn in the direction of the opening of the angle of passage of the air flow practically changes the geometry of the profile of the working blade.
На основании многочисленных исследований, проведенных, в том числе, и на действующих турбоагрегатах, применяемых для производства неконцентрированной азотной кислоты (НАК) для различных ступеней осевого компрессора, угол поворота рабочих лопаток относительно хвостовика находился в пределах 1,5-4,0 градуса в сторону раскрытия воздушного потока.Based on numerous studies conducted, including on existing turbine units used for the production of non-concentrated nitric acid (NAC) for various stages of an axial compressor, the angle of rotation of the working blades relative to the shank was in the range of 1.5-4.0 degrees to the side airflow disclosure.
Как следствие, увеличение расхода циклового воздуха через осевой компрессор для обеспечения оптимального давления после него потребовало увеличения усилий сжатия его, что реализовано путем установки дополнительной ступени сжатия на валу осевого компрессора.As a result, an increase in the consumption of cyclic air through an axial compressor to ensure optimal pressure after it required an increase in its compression efforts, which was realized by installing an additional compression stage on the shaft of the axial compressor.
В результате этого расход воздуха через осевой компрессор увеличивается пропорционально полученному давлению за компрессором, т.е. на величину 10-20% и не вносит разбаланса в технологию, сохраняя скорости потоков.As a result of this, the air flow through the axial compressor increases in proportion to the pressure obtained behind the compressor, i.e. by 10-20% and does not introduce an imbalance in the technology, while maintaining flow rates.
Увеличение расхода циклового воздуха через осевой компрессор (ОК) с пропорциональным повышением давления за ним за счет дополнительной ступени сжатия, что приводит к увеличению количества нитрозных газов, которые сжимаются нитрозным нагнетателем (НН). Таким образом, работа сжатия НН повышается. Вращение нитрозного нагнетателя осуществляется турбиной высокого давления (ТВД), мощность которой тоже должна быть увеличена для сохранения баланса.An increase in the flow rate of cyclic air through an axial compressor (OK) with a proportional increase in pressure behind it due to an additional compression stage, which leads to an increase in the number of nitrous gases that are compressed by a nitrous supercharger (LV). Thus, the work of compression NN increases. The rotation of the nitrous supercharger is carried out by a high pressure turbine (HPT), the power of which must also be increased to maintain balance.
Мощность турбины ТВД определяется по формуле The turbine turbine power is determined by the formula
Nтвд=GТВД*HТВД, Ntvd = G TVD * H TVD ,
где GТВД - расход нитрозного газа; HТВД - теплоперепад.where G TVD is the flow rate of nitrous gas; H TVD - heat transfer.
HТВД=f (P1ТВД/P2ТВД, H TVD = f (P 1TVD / P 2TVD ,
где P1 - давление перед турбиной; P2 - давление за турбиной.where P 1 is the pressure in front of the turbine; P 2 - pressure behind the turbine.
Перераспределение теплоперепадов между турбинами низкого (ТНД) и высокого (ТВД) давления позволяет изменить соотношение по их пропускным способностям, оптимизировать работу проточной части и сбалансировать нагрузку на каждом валу ТНД и ТВД рекуперационной турбины.The redistribution of heat differences between low and high pressure turbines and high pressure turbines allows changing the ratio of their flow capacities, optimizing the flow part and balancing the load on each high pressure pump and high-pressure turbine of the recovery turbine.
Уменьшение давления за турбиной ТВД осуществляется путем увеличения угла раскрытия газового потока на выходе первой направляющей лопатки ТНД, что приводит к увеличению расхода газа и снижению давления после ТВД, и, как следствие, к увеличению теплоперепада на турбине ТВД. На турбине высокого давления (ТВД), как следствие, повышается мощность и дисбаланс мощности между ТВД и НН не возникает. На основании исследований установлен диапазон увеличения угла расширения газового потока на выходе первой направляющей лопатки турбины низкого давления, который составляет 0,5-2,0 градусов.The pressure decrease behind the turbine of a high-pressure turbine is carried out by increasing the opening angle of the gas flow at the outlet of the first guide vane of the high pressure turbine, which leads to an increase in gas consumption and a decrease in pressure after the high-pressure turbine, and, as a result, to an increase in heat transfer on the turbine of the high-pressure turbine. On a high-pressure turbine (HPT), as a result, power increases and a power imbalance between the HPT and LV does not occur. Based on the research, a range of increase in the angle of expansion of the gas stream at the outlet of the first guide vane of the low-pressure turbine is established, which is 0.5-2.0 degrees.
Предлагаемое изобретение иллюстрируются следующими фиг.1-3.The invention is illustrated by the following figures 1-3.
На фиг.1 приведена блок-схема производства неконцентрированной азотной кислоты в агрегате АК-72М, причем показано основное энергетическое оборудование, а технологическое оборудование операций конверсии и абсорбции в виде блоков, т.к. на каждом конкретном предприятии они могут быть реализованы по-разному.Figure 1 shows a block diagram of the production of non-concentrated nitric acid in the AK-72M unit, and the main power equipment is shown, and the processing equipment of conversion and absorption operations in the form of blocks, because at each particular enterprise they can be implemented in different ways.
На фиг.1 показаны основные узлы агрегата для производства азотной кислоты, включающий фильтр 1, осевой компрессор 2, блок конверсии 3, нитрозный нагнетатель 4 (НН), блок адсорбции 5, реактор каталитической очистки 6 (РКО), рекуперационная турбина 7 (РТ), включающая турбину низкого давления (ТНД) и турбину высокого давления (ТВД), причем турбина низкого давления является приводом осевого компрессора 2, а турбина высокого давления - приводом нагнетателя нитрозного газа 4. а рекуперационная турбина запускается паровой турбиной 8 (ПТ).Figure 1 shows the main nodes of the unit for the production of nitric acid, including a filter 1, an axial compressor 2, a conversion unit 3, a nitrous supercharger 4 (LV), an adsorption unit 5, a catalytic treatment reactor 6 (RKO), a recovery turbine 7 (RT) including a low pressure turbine (HPH) and a high pressure turbine (HPT), where the low pressure turbine is the drive of the axial compressor 2, and the high pressure turbine is the drive of the nitrous gas supercharger 4. and the recovery turbine is started by steam turbine 8 (PT).
На фиг.2 приведена конструкция осевого компрессора 2 с указанием модернизированных лопаток 9 (на ступенях 1, 2, 4, 6) и дополнительная ступень сжатия 10.Figure 2 shows the design of the axial compressor 2 indicating the modernized blades 9 (at stages 1, 2, 4, 6) and an additional compression stage 10.
На фиг.3 приведена конструкция рекуперационной турбины 7, включающей турбины низкого и высокого давления, на которой указана направляющая лопатка 11 турбины низкого давления (ТНД).Figure 3 shows the design of a recovery turbine 7, including a low and high pressure turbine, which indicates the guide vane 11 of the low pressure turbine (LP).
При этом агрегат с разным давлением на стадиях окисления аммиака и поглощения оксидов азота для производства азотной кислоты, получаемой окислением аммиака кислородом воздуха и поглощением (абсорбцией) оксидов азота водой, работает следующим образом. Атмосферный воздух, проходя через фильтр 1, поступает на всасывание воздушного осевого компрессора 2, где происходит процесс сжатия. Направление воздушного потока регулируется рабочими лопатками, причем профиль лопаток на ступенях 1, 2 и 4, 6 изменены путем разворота пера лопаток относительно первоначальной оси в пределах 1,5-4 градуса. Сжатый до давления 0,46 МПа или более воздух (за счет дополнительной ступени 10), нагретый при сжатии до 190-2300°C, предназначенный для получения азотной кислоты, поступает в контактные аппараты (блок 3), где смешивается с подогретым аммиаком и при температуре 900-930°C аммиак окисляется до окислов азота (конверсия), превращаясь в нитрозный газ. Нитрозный газ охлаждается до 70°C в специальных теплообменниках (не показаны) и через всасывающий патрубок поступает в нитрозный нагнетатель 4, где сжимается до 1,2 МПа. Далее нитрозные газы поступают в абсорбционную колонну (блок 5), где соединяются с водой (адсорбция) с образованием слабой азотной кислоты, которую направляют на склад. Оставшиеся газы из абсорбционной колонны направляются в реактор каталитической очистки 6, в котором нагреваются до 760°C и восстанавливаются до чистого азота и кислорода. Горячий газ поступает в рекуперационную турбину 7 (турбину высокого давления (ТВД)), являющуюся приводом нитрозного нагнетателя 4, где газовый поток расширяется, а давление газа после нее падает и составляет не более 0,3 МПа, чему способствует также изменение положения направляющей лопатки 11 турбины низкого давления (ТНД). Положение направляющей лопатки 11 изменяют на 0,5-2 градуса в сторону увеличения выхода газового потока из турбины низкого давления. Кроме того, турбина низкого давления (ТНД) является приводом осевого компрессора 2, а рекуперационная турбина запускается паровой турбиной 8 (ТП). После рекуперационной турбины выхлопные газы пропускают через теплообменники и выбрасываются в атмосферу.At the same time, an aggregate with different pressures at the stages of ammonia oxidation and absorption of nitrogen oxides to produce nitric acid, obtained by oxidizing ammonia with atmospheric oxygen and absorbing (absorbing) nitrogen oxides with water, works as follows. Atmospheric air passing through the filter 1 enters the suction of the air axial compressor 2, where the compression process takes place. The direction of the air flow is regulated by the working blades, and the profile of the blades on steps 1, 2 and 4, 6 is changed by turning the feather of the blades relative to the original axis within 1.5-4 degrees. Air compressed to a pressure of 0.46 MPa or more (due to an additional stage of 10), heated to a pressure of 190-2300 ° C and designed to produce nitric acid, enters the contact apparatus (block 3), where it is mixed with heated ammonia and at at a temperature of 900–930 ° C, ammonia is oxidized to nitrogen oxides (conversion), turning into a nitrous gas. Nitrous gas is cooled to 70 ° C in special heat exchangers (not shown) and through the suction pipe enters the nitrous supercharger 4, where it is compressed to 1.2 MPa. Next, nitrous gases enter the absorption column (block 5), where they combine with water (adsorption) to form weak nitric acid, which is sent to the warehouse. The remaining gases from the absorption column are sent to a catalytic treatment reactor 6, in which they are heated to 760 ° C and reduced to pure nitrogen and oxygen. Hot gas enters the recovery turbine 7 (high pressure turbine), which is the drive of the nitrous supercharger 4, where the gas flow expands and the gas pressure drops after it and is no more than 0.3 MPa, which is also facilitated by a change in the position of the guide vane 11 low pressure turbines (LP). The position of the guide vanes 11 is changed by 0.5-2 degrees in the direction of increasing the output of the gas stream from the low pressure turbine. In addition, the low pressure turbine (LP) is the drive of the axial compressor 2, and the recovery turbine is started by a steam turbine 8 (TP). After the recovery turbine, exhaust gases are passed through heat exchangers and released into the atmosphere.
Испытания модернизированного турбокомпрессорного агрегата ГТТ-12М2 (КМА-5) были проведены в цехе №15 Кемеровского ОАО «Азот» на агрегате производства неконцентрированной азотной кислоты АК-72, согласованные Федеральной службой по экологическому, технологическому и атомному надзору, с целью подтверждения заявляемых теплотехнических параметров работы турбокомпрессорного агрегата и повышения производительности агрегата по азотной кислоте.Tests of the modernized GTT-12M2 turbocharger unit (KMA-5) were carried out in workshop No. 15 of Kemerovo OJSC Azot at the AK-72 unconcentrated nitric acid production unit, agreed by the Federal Environmental, Industrial and Nuclear Supervision Service, in order to confirm the claimed heat engineering parameters the operation of the turbocompressor unit and increase the productivity of the unit in nitric acid.
В нижеприведенной таблице приведены сравнительные данные способов получения слабой азотной кислоты на агрегате АК-72, АК-72М, прототипе, проектные и фактические данные, полученные при испытаниях на турбокомпрессорном агрегате КМА-5.The table below shows comparative data on the methods for producing weak nitric acid on the AK-72, AK-72M unit, prototype, design and actual data obtained during tests on the KMA-5 turbocompressor unit.
Данные последней колонки таблицы, где приведены параметры турбокомпрессорного агрегата КМА-5, подтверждают увеличение расхода циклового воздуха через осевой компрессор на 10%, давления после него на 16%, увеличение производительности по кислоте не менее 10%, при этом теплоперепад на турбине ТВД увеличился в 1,5 раза (с 2.02 в прототипе до 3,5 в агрегате КМА-5), что равносильно пропорциональному увеличению мощности турбины ТВД. Это видно и из сравнения мощностей турбины ТВД в агрегате КМА-2 и КМА-5, соответственно 3, 5 и 2,3 МВт.The data in the last column of the table, where the parameters of the KMA-5 turbocompressor unit are shown, confirm an increase in the consumption of cyclic air through the axial compressor by 10%, pressure after it by 16%, an increase in acid productivity of at least 10%, while the heat transfer on the turbine turbine increased 1.5 times (from 2.02 in the prototype to 3.5 in the KMA-5 unit), which is equivalent to a proportional increase in the power of the turbine of a turbine engine. This is also evident from a comparison of the turbine turbine engine capacities in the KMA-2 and KMA-5 units, respectively 3, 5 and 2.3 MW.
Преимуществом заявляемого способа производства неконцентрированной азотной кислоты является то, что в результате модернизации существующего турбоагрегата ГТ-12М, без существенных капвложений, удалось увеличить на 10-20% (в зависимости от агрегата и технологии получения) производительность по азотной кислоте, оптимизировать электротехнологический режим и улучшить технико-экономические показатели производства. По результатам гарантийных испытаний подготовлена техдокументация по модернизации турбокомпрессорного агрегата ГТТ-12М, а в настоящее время проводятся опытно-промышленные испытания модернизированных агрегатов на двух заводах производства неконцентрированной азотной кислоты.The advantage of the proposed method for the production of non-concentrated nitric acid is that as a result of modernization of the existing turbine unit GT-12M, without significant capital investments, it was possible to increase the nitric acid productivity by 10-20% (depending on the unit and production technology), optimize the electrotechnological regime and improve technical and economic indicators of production. Based on the results of warranty tests, technical documentation on the modernization of the GTT-12M turbocompressor unit has been prepared, and pilot tests of modernized units at two plants for the production of non-concentrated nitric acid are currently underway.
В 2013 г. по заказам нескольких предприятий химической промышленности будет производиться интенсификации их установок для производства слабой азотной кислоты.In 2013, on the orders of several chemical industry enterprises, their plants for the production of weak nitric acid will be intensified.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013131343/05A RU2536949C1 (en) | 2013-07-08 | 2013-07-08 | Method for intensification of apparatus for producing non-concentrated nitric acid |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013131343/05A RU2536949C1 (en) | 2013-07-08 | 2013-07-08 | Method for intensification of apparatus for producing non-concentrated nitric acid |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012100043/05A Previously-Filed-Application RU2012100043A (en) | 2012-01-11 | 2012-01-11 | METHOD OF INTENSIFICATION OF UNITS FOR PRODUCING UNCONCENTRATED NITRIC ACID |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2536949C1 true RU2536949C1 (en) | 2014-12-27 |
Family
ID=53287521
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013131343/05A RU2536949C1 (en) | 2013-07-08 | 2013-07-08 | Method for intensification of apparatus for producing non-concentrated nitric acid |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2536949C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4305919A (en) * | 1978-12-29 | 1981-12-15 | Davy International Aktiengesellschaft | Process and plant equipment for the short-term propulsion of one or several turbines coupled to an air and/or nitrous gas compressor in a plant for the production of nitric acid |
| RU2248322C1 (en) * | 2003-12-29 | 2005-03-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский конструкторско-технологический институт турбокомпрессоростроения" | Method of nitric acid production and an installation for production of nitric acid |
| RU2286943C2 (en) * | 2004-12-07 | 2006-11-10 | Виктор Юлианович Поплавский | Method of intensification of the installation for production of nitric acid |
| WO2009146785A1 (en) * | 2008-06-06 | 2009-12-10 | Uhde Gmbh | Sealing the no compressor and the residual gas expander in a nitric acid plant |
-
2013
- 2013-07-08 RU RU2013131343/05A patent/RU2536949C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4305919A (en) * | 1978-12-29 | 1981-12-15 | Davy International Aktiengesellschaft | Process and plant equipment for the short-term propulsion of one or several turbines coupled to an air and/or nitrous gas compressor in a plant for the production of nitric acid |
| RU2248322C1 (en) * | 2003-12-29 | 2005-03-20 | Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский конструкторско-технологический институт турбокомпрессоростроения" | Method of nitric acid production and an installation for production of nitric acid |
| RU2286943C2 (en) * | 2004-12-07 | 2006-11-10 | Виктор Юлианович Поплавский | Method of intensification of the installation for production of nitric acid |
| WO2009146785A1 (en) * | 2008-06-06 | 2009-12-10 | Uhde Gmbh | Sealing the no compressor and the residual gas expander in a nitric acid plant |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ПРОИЗВОДСТВО АЗОТНОЙ КИСЛОТЫ В АГРЕГАТАХ БОЛЬШОЙ ЕДИНИЧНОЙ МОЩНОСТИ, ред. В.М. Олевский, Москва, Химия, 1985, фиг. 5-3, 5-35, с 296-298. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5100294B2 (en) | System for reducing power plant emissions | |
| CN109173558B (en) | Low-energy-consumption carbon dioxide capturing and sealing technology and system | |
| BR112013008661B1 (en) | energy production system and method | |
| Mendeleev et al. | Study of the work and efficiency improvement of combined-cycle gas turbine plants | |
| US20120174622A1 (en) | System for gas processing | |
| US11174784B2 (en) | Method of operating a gas turbine power plant with exhaust gas recirculation and corresponding gas turbine power plant | |
| US20110094230A1 (en) | System and method for carbon dioxide capture in an air compression and expansion system | |
| RU2559467C2 (en) | Method for decreasing of co2 emissions in combustion gaseous products and industrial plants to this end | |
| US20200386155A1 (en) | Cold recycle process for gas turbine inlet air cooling | |
| RU2536949C1 (en) | Method for intensification of apparatus for producing non-concentrated nitric acid | |
| EP3445955B1 (en) | System and method for oxidation of hydrocarbon gases | |
| US11224837B2 (en) | Post-combustion carbon dioxide capture and compression | |
| TW201336779A (en) | Process and apparatus for preparation of nitric acid | |
| RU114490U1 (en) | MOBILE NITROGEN COMPRESSOR STATION | |
| CN209093018U (en) | A kind of low energy consumption collecting carbonic anhydride and seal system up for safekeeping | |
| CN109667633B (en) | Energy output system and method applied to urea device | |
| Berdowska et al. | Technology of oxygen production in the membrane-cryogenic air separation system for a 600 MW oxy-type pulverized bed boiler | |
| CN103835747A (en) | System and method for comprehensively utilizing low-concentration gas | |
| CN102080920B (en) | Method for separating nitrogen oxides from industrial waste gas by low-temperature refrigerators | |
| CN105604610A (en) | Nitric acid tail gas excess pressure recovery equipment | |
| KR20210102920A (en) | Improved Semi-Closed Cycle with Turbo Membrane 02 Source | |
| RU83101U1 (en) | TURBOCHARGER UNIT FOR COMPRESSING AIR AND GIVING IT TO A TECHNOLOGICAL PROCESS OF PRODUCTION OF NITRIC ACID | |
| CN218480795U (en) | Device for preventing compressor from scaling | |
| RU2605879C2 (en) | Power plant combined-cycle plant | |
| RU2545261C9 (en) | Gas turbine plant of raised efficiency |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190709 |